수자원 위성 영상 활용을 위한 수문인자 산출 전략 수립 및 알고리즘 기반 기술 정립과 표준화 및 모듈화

원중선,박욱,오광우,최준혁,정지훈,이용관,장원진,김성준,방상호,최하연,장수민,Won, Jung-Seon,Park, Uk,O, Gwang-U,Choe, Jun-Hyeok,Jeong, Ji-Hun,Lee, Yong-Gwan,Jang, Won-Jin,Kim, Seong-Jun,Bang, Sang-Ho,Choe, Ha-Yeon,Jang, Su-Min 한국수자원학회 2019 물과 미래(한국수자원학회지) Vol.52 No.10

원격탐사 자료를 이용한 지형변화 관측을 위한 변화벡터법 적용연구

원중선,유홍룡,Won, Joong-Sun,Yoo, Hong-Rhyong 대한자원환경지질학회 1995 자원환경지질 Vol.28 No.4

An algorithm for monitoring geomorphological change using remote sensing data is investigated and tested using two LANDSAT TM data sets acquired over the Kyunggi Bay on April 15 1986 and September 22 1992, respectively. The algorithm exploits change vector analysis and tasseled cap transform. Although change vector analysis is effective for change detection, efficiency is decreased as the number of variables are increased. In this algorithm, we overcome the problem by utilizing the tasseled cap transform which can reduce six bands of LANDSAT TM data into only two components called Brightness and Greenness. The test results demonstrate that the algorithm is very effective in monitoring small-scaled changes over coastal area as well as significant changes in geomorphology. The resulting change vector image, however, is more sensitive to the changes occurred by human activities than by pure geological processes mainly because of relatively short time interval between two LANDSAT TM data sets. LANDSAT TM 자료를 이용한 지형변화를 관측하는데 알맞은 알고리즘에 대한 고찰과 이 알고리즘을 1986년 4월 15일과 1992년 9월 22일 경기만에서 얻어진 LANDSAT TM 자료에 적용하여 타당성을 시험하였다. 이 알고리즘은 변화벡터분석법과 tasseled cap 변환을 이용한 방법이다. 변화벡터분석법은 영상자료간의 변화를 관측하는데는 우수하지만 그 변화벡터의 수가 증가함에 따라 효율이 감소하는 단점이 있다. 이와 같은 단점을 보완하기 위해 tasseled cap 변환을 이용함으로서 원래 6개 밴드의 LANDSAT TM 자료를 두 개의 밴드 즉 Brightness와 Greenness로 줄일 수 있게 된다. 시험적용 결과 이 알고리즘은 해안선 일대에서의 대규모 지형변화뿐만 아니라 육안관측으로는 어려운 미세한 변화까지도 관측 가능한 것으로 나타났다. 그러나 본 연구결과의 변화벡터 영상에서는 인공적인 변화에 더 민감한 것으로 나타났는데 이는 본 연구에 사용된 두 LANDSAT TM 자료가 얻어진 시간 간격이 지질학적 작용에 의한 변화가 나타나기에는 비교적 짧기 때문인 것으로 사료된다.

Radar Measurement of Slow Deformation in the Baekdusan Stratovolcano

원중선,Sang-Wan Kim 대한원격탐사학회 2005 大韓遠隔探査學會誌 Vol.21 No.3

수자원 위성 영상 활용을 위한 전략 및 알고리즘 기반 기술 정립

원중선,박욱,오광우,최준혁,김성준,김진욱,이용관,장원진,정지훈,방상호,이강진,Won, Jung-Seon,Park, Uk,O, Gwang-U,Choe, Jun-Hyeok,Kim, Seong-Jun,Kim, Jin-Uk,Lee, Yong-Gwan,Jang, Won-Jin,Jeong, Ji-Hun,Bang, Sang-Ho,Lee, Gang-Jin 한국수자원학회 2021 물과 미래(한국수자원학회지) Vol.54 No.11

A time-series SAR observation of surface deformation at the southern end of the San Andreas Fault Zone

원중선 SPRINGER HEIDELBERG 2010 GEOSCIENCES JOURNAL - Vol.14 No.3

정지궤도 천리안위성 해양관측센서GOCI의 Tasseled Cap 변환계수 산출연구

원중선 ( Joong Sun Won ),박욱 ( Wook Park ),신지선 ( Ji Sun Shin ) 대한원격탐사학회 2014 大韓遠隔探査學會誌 Vol.30 No.2

이 연구에서는 Geostationary Ocean Color Imager(GOCI) 센서에 적용할 수 있는 고유의 Tasseled Cap Transformation(TCT) 계수를 제시하고 있다. TCT는 다중밴드 센서 자료로부터 지표의 특성을 분석하는 전통적인 영상변환 방법 중 하나로 새로운 다중밴드 광학센서가 관측을 시작하는 경우 센서의 특성 차이로 인하여 각각의 육상관측 위성센서에 적합한 TCT 계수들이 장기 분석을 통하여 수립되어야 한다. GOCI 센서는 해양관측이 주 목적으로 개발되었으나 영상의 상당 부분은 육지를 관측하고 있으며 밴드 구성은 육지관측에도 일반적으로 이용되는 Visible-Near InfraRed(VNIR) 영역의 정보를 포함하고 있다. 또한 GOCI 센서의 높은 시간 해상도는 지표의 일별 변화의 관측에도 유용하게 사용될 수 있다. 이러한 장점을 이용하여 GOCI 센서에 대한 고유한 TCT가 제공된다면 GOCI 센서의 관측범위 내에서 준 실시간으로 지표변화에 대한 분석과 해석이 가능할 것이다. TCT는 일반적으로 ”Brightness”, ”Greenness”, “Wetness”의 세 가지 정보를 포함하지만, ShortWave InfraRed(SWIR) 파장대역이 없는 GOCI 센서의 경우에는 ”Wetness”의 정보를 얻을 수 없다. GOCI 센서의 높은 시간 해상도의 활용을 극대화하기 위해서는 “Wetness”의 정보가 제공되어야 한다. “Wetness”의 정보를 얻기 위해 GOCI 주성분 분석(Principal Component Analysis: PCA) 공간을 MODIS TCT 공간에 선형 회귀하는 방법이 사용되었다. 이 연구에서 산출된 GOCI TCT 계수는 정지궤도의 특성에 의해 관측 시간대별로 다른 변환계수를 가질 수 있다. 이 차이를 알아보기 위하여 GOCI TCT 자료와 MODIS TCT 자료 사이의 상관관계가 비교되었다. 그 결과, “Brightness”와 “Greenness”는 4시 자료, “Wetness”는 2시 자료의 변환계수가 선택되었다. 최종적으로 산출된 변환계수의 적절성을 평가하기 위하여 GOCI TCT 자료는 MODIS TCT 영상 및 여러 육상 파라미터들과 비교되었다. GOCI TCT 영상은 MODIS TCT 영상보다 지표 피복의 분류가 더 세밀하게 표현되었으며, GOCI TCT 공간의 지표 피복 분포도 유의미한 결과를 보여줬다. 또한 GOCI TCT의 “Brightness”, “Greenness”, “Wetness” 자료는 Albedo(R2 = 0.75), Normalized Difference Vegetation Index(NDVI) (R2 = 0.97), Normalized Difference Moisture Index(NDMI) (R2 = 0.77)와 각각 비교적 높은 상관관계가 나타났다. 이러한 결과들은 적절한 TCT 계수의 산출이 이루어졌다는 것을 보여준다. The objective of this study is to determine Tasseled Cap Transformation (TCT) coefficients for the Geostationary Ocean Color Imager (GOCI). TCT is traditional method of analyzing the characteristics of the land area from multi spectral sensor data. TCT coefficients for a new sensor must be estimated individually because of different sensor characteristics of each sensor. Although the primary objective of the GOCI is for ocean color study, one half of the scene covers land area with typical land observing channels in Visible-Near InfraRed (VNIR). The GOCI has a unique capability to acquire eight scenes per day. This advantage of high temporal resolution can be utilized for detecting daily variation of land surface. The GOCI TCT offers a great potential for application in near-real time analysis and interpretation of land cover characteristics. TCT generally represents information of Brightness, Greenness and Wetness. However, in the case of the GOCI is not able to provide Wetness due to lack of ShortWave InfraRed (SWIR) band. To maximize the utilization of high temporal resolution, Wetness should be provided. In order to obtain Wetness, the linear regression method was used to align the GOCI Principal Component Analysis (PCA) space with the MODIS TCT space. The GOCI TCT coefficients obtained by this method have different values according to observation time due to the characteristics of geostationary earth orbit. To examine these differences, the correlation between the GOCI TCT and the MODIS TCT were compared. As a result, while the GOCI TCT coefficients of Brightness and Greenness were selected at 4h, the GOCI TCT coefficient of Wetness was selected at 2h. To assess the adequacy of the resulting GOCI TCT coefficients, the GOCI TCT data were compared to the MODIS TCT image and several land parameters. The land cover classification of the GOCI TCT image was expressed more precisely than the MODIS TCT image. The distribution of land cover classification of the GOCI TCT space showed meaningful results. Also, Brightness, Greenness, and Wetness of the GOCI TCT data showed a relatively high correlation with Albedo (R2 = 0.75), Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) (R2 = 0.97), and Normalized Difference Moisture Index (NDMI) (R2 = 0.77), respectively. These results indicate the suitability of the GOCI TCT coefficients.

RADARSAT SAR 자료를 이용한 제주도 선구조 연구 및 용천 특성 연구

원중선 ( J. S. Won ),류주형 ( J. H. Ryu ),지광훈 ( K. H. Chi ) 大韓遠隔探査學會 1998 大韓遠隔探査學會誌 Vol.14 No.4

제주도 지질학적 선구조 및 용천연구를 위한 RADARSAT SAR의 활용 타당성 검토 연구가 Canadain Space Agency의 도움으로 얻어진 2종류 다른 모드를 갖는 SAR 자료를 이용하여 수행되었다. 제주도는 현무암이 우세한 화산섬으로 지질학적 선구조의 발달이 매우 미약하나, 본 연구결과 기존에 Landat TM 만을 이용하여 얻어진 선구조보다 많은 선구조를 추출할 수 있었다. 이는 특히 TM과 다른 관측방향과 입사각을 갖는 RADARSAT SAR 영상자료를 함께 사용함으로서, 보다 다양한 파장과 관측형태를 활용할 수 있는 장점을 극대화 할 수 있는 것으로 사료된다. 본 지역에서 연안에 발달한 용천의 분포와 선구조 혹은 수계망과의 연관은 거의 없는 것으로 사료되나, 중산간 지역에 발달한 일부 용천은 선구조와 연관되어 발달한 것으로 사료된다. SAR 및 광학원격탐사 자료를 이용한 용천의 위치파악을 위한 연구결과는 예상보다 힘든 것으로 나타났다. 이를 위해 열적외선 관측자료를 이용한 연안의 온도분포와 관측된 SAR 자료로부터 정규화된 레이더단면을 이용한 분석이 실시되었다. 해수의 온도는 소규모의 온도 이상분포가 방사상으로 나타나는 경우 가장 용천의 위치와 연관성이 높은 것으로 판단되나 해상도가 충분하지 못하며, SAR의 경우 해상의 상태와 speckle 잡음의 영향으로 육지에 어느 정도 대규모의 저수지가 발달하지 않는 경우를 제외하고는 용천의 위치를 파악하는 데는 효과적이지 못한 것으로 나타났다. 본 지역에 얻어지는 SAR 자료의 speckle 및 영상특성은 입사각에 매우 민감하며, 특히 작은 입사각을 갖는 ERS-l의 경우가 비교적 큰 입사각을 갖는 RADARSAT SAR 영상보다 낮은 speckle 잡음비와 구조적 특징을 잘 반영하였다. 따라서 향후 제주도 지역에 대한 RADARSAT SAR 영상 획득을 위해서는 약 30˚ 이하의 낮은 입사각을 갖는 모드를 이용하는 것이 바람직 할 것으로 판단된다. Two RADARSAT SAR images with different modes were acquired by Canadian Space Agency to test the effectiveness of geological lineament extraction and spring water detection over the Cheju Island. Geological lineaments are poorly developed this basalt dominant volcanic island, but more linear features can be extracted when SAR and TM images are simultaneously analyzed than when TM image alone is used. This results mainly owe to the facts that RADARSAT SAR systems are able to provide data with different frequencies, azimuth, and incidence angles. Distribution of spring water along coast is poorly correlated with geological lineaments or drainage pattern, but those in middle range of mountain region are developed along geological lineaments. Detection of spring water using remotely sensed images are turned out to be very difficult to achieve. Radial shaped sea surface temperature anomaly derived from TM thermal band should be the best candidate for spring water, but the resolution is not high enough. We also investigate the normalized radar cross section (or sigma naught) converted from RADARSAT and ERS-1 SAR data but to fail to discriminate the spring water effectively except where relatively large water mass is observed on land side. Speckle noise and irregularity in physical sea surface condition are the serious obstacles for this application. ERS-1 SAR image acquired in low incidence angle was more useful for geological lineament estimation and water body study than RADARSAT SAR images with high incidence angles. Therefore the selection of incidence angle is critical in geological and spring water applications of SAR images, and low incidence angles less than about 30° are recommended to monitor the Cheju volcanic island.

지질학적 활용을 위한 Landsat TM 자료의 자동화된 선구조 추출 알고리즘의 개발

원중선 ( J. S. Won ),김상완 ( S. W. Kim ),민경덕 ( K. D. Min ),이영훈 ( Y. H. Lee ) 大韓遠隔探査學會 1998 大韓遠隔探査學會誌 Vol.14 No.2

위성영상으로부터 자동화된 선구조 추출 알고리즘은 지형적 특정에 따라 다양한 방법으로 개발되어 왔다. 국내 지형은 주로 산악지형에 가깝지만 충적층 지대가 함께 발달되어 있으며 이와 같은 충적층은 종종 단층과 같은 주요 선구조를 이루고 있다. 그러나 기존의 방법들은 이와 같은 복합적인 지형에 대해 적용하는데 여러 가지 문제점들이 있다. 이에 따라 본 연구에서는 이러한 지형적 특징을 나타내는 지역에 적용 가능한 새로운 알고리즘을 개발하였다. 위성영상으로부터 선구조 요소와 비 선구조 요소로 구분되는 이진영상을 생성하기 위해 DSTA(Dynamic Segment Tracing Algorithm)를 개발하였다. DSTA는 선구조 추출시 발생하는 태양 방위각에 따른 선택적 증감효과를 제거하고 동적 소창문(dynamic sub window)의 사용에 의해 명암차가 낮은 지역에서의 잡음(noise)을 상당히 제거하였다. 또한, 충적층 처리 루틴은 충적층 지역에서 나타나는 잡음 대부분을 제거하여 효과적으로 선구조를 추출할 수 있었다. 이진영상으로부터 선구조의 양끝점을 결정하기 위해 일반 영상자료 처리에 이용되고 있는 Hierarchical Hough 변환 또는 Generalized Hough 변환을 지질학적 적용에 적합하도록 결합연산 과정을 결합한 ALEHHT(Automatic Lineament Extraction by Hierarchical Hough Transform) 및 ALEGHT (Automatic Lineament Extraction by Generalized Hough Transform) 알고리즘을 개발하였으며, 이를 이용하여 지질학적으로 이용 가능한 선구조를 구하였다. 본 연구에서 제안된 결합연산 과정은 두선 사이의 사이각(δβ), 수직거리(dij) 및 중점거리(dn)를 이용하였다. 개발된 알고리즘을 Landsat TM 자료에 적용하여 지질학적 선구조를 추출한 결과, 산악지역 및 충적층 지대에 발달한 선구조 모두 잘 추출되었으며 태양방위각에 평행한 서북서방향의 선구조 역시 잘 드러나고 있어 만족할만한 결과를 얻을 수 있었다. 그러나 효과적으로 알고리즘을 사용하기 위해서는 적절한 입력변수의 사용이 필수적이며, 특히 ALEGHT의 입력변수 중 영상 정량화 간격(droh)에 의한 영향은 차후의 연구에서 수행, 보완되어야 할 것으로 사료된다. Automatic lineament extraction algorithms had been developed by various researches for geological purpose using remotely sensed data. However, most of them are designed for a certain topographic model, for instance rugged mountainous region or flat basin. Most of common topographic characteristic in Korea is a mountainous region along with alluvial plain, and consequently it is difficult to apply previous algorithms directly to this area. A new algorithm of automatic lineament extraction from remotely sensed images is developed in this study specifically for geological applications. An algorithm, named as DSTA(Dynamic Segment Tracing Algorithm), is developed to produce binary image composed of linear component and nonlinear component. The proposed algorithm effectively reduces the look direction bias associated with sun`s azimuth angle and the noise in the low contrast region by utilizing a dynamic sub window. This algorithm can successfully accomodate lineaments in the alluvial plain as well as mountainous region. Two additional algorithms for estimating the individual lineament vector, named as ALEHHT(Automatic Lineament Extraction by Hierarchical Hough Transform) and ALEGHT(Automatic Lineament Extraction by Generalized Hough Transform) which are merging operation steps through the Hierarchical Hough transform and Generalized Hough transform respectively, are also developed to generate geological lineaments. The merging operation proposed in this study is consisted of three parameters: the angle between two lines(δβ), the perpendicular distance(dij), and the distance between midpoints of lines(dn). The test result of the developed algorithm using Landsat TM image demonstrates that lineaments in alluvial plain as well as in rugged mountain is extremely well extracted. Even the lineaments parallel to sun`s azimuth angle are also well detected by this approach. Further study is, however, required to accommodate the effect of quantization interval(droh) parameter in ALEGHT for optimization.

라돈변환을 이용한 2차원 필터링

원중선 ( Joong Sun Won ) 大韓遠隔探査學會 1998 大韓遠隔探査學會誌 Vol.14 No.1

라돈변환은 디지털 토모그라피, 원격탐사 영상의 선구조 분석, 탄성파탐사 자료의 경사중첩 등 다양한 분야에서의 디지털 영상자료 처리에 폭넓게 이용되어 왔다. 그러나 라돈변환의 2차원 콘볼류션이나 상관관계 계산은 푸리에변환과 비교해 볼 때 그 효용성에 대해서는 거의 논의되지 못하였다. 본 논문에서는 2차원 콘볼류션이나 상관관계 계산은 라돈공간에서 ρ 에 대한 1차원 콘볼류션이나 상관관계로 차원이 낮아진다는 것을 유도하였다. 이를 이용하면 영상공간에서의 2차원 필터링을 라돈공간에서의 단순한 1차원 필터링으로 효과적으로 수행할 수 있다. 본 논문에서는 FIR 필터를 이용한 라돈공간에서의 1차원 필터링을 RADARSAT SAR 영상에서 선적에 의한 구조를 증강시키데 적용하였다. 적용결과 라돈변환을 이용한 2차원 필터링은 스펙클 잡음을 줄일 뿐만 아니라 효과적으로 선적에 의한 구조를 증강시키는 것으로 나타났다. 비록 라돈변환을 이용하는 2차원 필터링은 푸리에변환을 이용하는 방법에 비하여 효율성과 효과도가 떨어져 단순한 필터링 목적으로는 적합치 못하나, 토모그라피나 SAR 영상을 이용하여 선구조 분석을 실시하는 경우와 같이 라돈변환이 필수적으로 적용되는 경우 라돈공간에서의 2차원 필터링을 부수적으로 적용하면 효과적으로 활용될 수 있다. The Radon transform has been widely used in various techniques of digital image processing such as the computerized tomography, lineament analysis in a remotely sensed image, slant-stack processing of seismic data, and so on. Compared to the Fourier transform, the utility of two-dimensional convolutional or correlational properties of the Radon transform, however, has been underestimated. We show that the two-dimensional convolution and correlation is respectively reduced to be one-dimensional convolution and correlation with respect to ρ in the Radon space. Therefore, one can achieve a two dimensional filtering by applying a simple one-dimensional convolution in the Radon space followed by an inverse Radon transform. Tests of the approach using FIR filters are carried out specifically for enhancing the ship wake in a RADARSAT SAR image. The test results demonstrate that the two-dimensional filtering through the Radon transform effectively enhance the ship wake features as well as reducing sea speckle in the image. Although two-dimensional convolution and correlation through the Radon transform are not so much useful as those through the Fourier transform in views of efficiency and effectiveness, it can be utilized to improve the quality of a digitally processed output when the process should be accompanied by the Radon transform such as tomography and lineament analysis of SAR image.

Azimuth Stitching 없는 ScanSAR 영상화: 시간영역 교차상관

원중선 ( Joong-sun Won ) 대한원격탐사학회 2022 大韓遠隔探査學會誌 Vol.38 No.3

이 논문은 ScanSAR 영상화에 대한 새로운 아이디어를 소개한다. 버스트(Burst) 모드로 신호를 획득하는 ScanSAR의 전통적인 영상화는 버스트 간 영상을 연결하는 Azimuth stitching이 필요하여, 이 과정은 방사왜곡 및 위상왜곡을 유발한다. 전통적인 SPECAN 방법 대신 이 논문에서는 시간영역 교차상관을 이용하여 Azimuth stitching 과정 없이 영상화가 가능한 새로운 방법을 소개한다. 이 방법의 핵심 아이디어는 기준함수 밴드폭을 적절히 확장하여 시간영역 교차상관을 수행하면 Azimuth stitching 없이도 영상화가 가능하다는 점이다. 이 방법을 실제 위성 원시신호에 적용하여 영상 전 구간에서 영상품질과 방사왜곡 관점에서 우수한 성능을 검증하였다. 버스트 모드를 기반으로 하는 ScanSAR는 영상품질(3 dB 해상도, peak-to-sidelobe ratio (PSLR), 압축률, Speckle 잡음 등)은 모든 품질지표에서 도플러 주파수 전 영역 신호를 이용하는 Stripmap에 비해 낮을 수밖에 없다. 그러나, 각 활용분야 및 기술에 따라 선정된 특정 영상 품질지표 만을 개선할 수 있는 방법은 다양하다. 따라서 ScanSAR 영상화는 모든 활용분야에 획일적인 방법에 의한 영상화보다는, 각 활용에 따라 요구되는 품질지표 우선순위에 따라 최적화할 수 있는 영상화 방법을 적용하는 차별화 전략이 요구된다. This paper presents an idea of ScanSAR image formation. For image formation of ScanSAR that utilizes the burst mode for raw signal acquisition, most conventional single burst methods essentially require a step of azimuth stitching which contributes to radiometric and phase distortions to some extent. Time-domain cross correlation could replace SPECAN which is most popularly used for ScanSAR processing. The core idea of the proposed method is that it is possible to relieve the necessity of azimuth stitching by an extension of Doppler bandwidth of the reference function to the burst cycle period. Performance of the proposed method was evaluated by applying it to the raw signals acquired by a spaceborne SAR system, and results satisfied all image quality requirements including 3 dB width, peak-to-sidelobe ratio (PSLR), compression ratio, speckle noise, etc. Image quality of ScanSAR is inferior to that of Stripmap in all aspects. However, it is also possible to improve the quality of ScanSAR image competitive to that of Stripmap if focused on a certain parameter while reduced qualities of other parameters. Thus, it is necessary for a ScanSAR processor to offer a great degree of flexibility complying with different requirements for different applications and techniques.